【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人感知，具体涉及一种增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器及制备方法。
技术介绍
1、软体机器人因具有良好的柔顺性和环境适应能力而受到广泛研究，为了实现精准控制，要求软体机器人能够实时监测自身运动状态和环境温度并及时反馈信息，故要求软体机器人具备良好的运动状态和环境感知能力。
2、电子皮肤传感器是一种新型可穿戴柔性仿生触觉传感器，它通过模仿人类皮肤的触觉感知功能，能够感知外界环境和运动状态变化，被广泛应用于人工智能、医疗和军事等领域。将电子皮肤传感器与软体机器人共形安装，电子皮肤传感器实时输出电阻信号，通过电阻变化反映软体机器人运动状态和环境温度的变化。由于软体机器人的高柔顺性，其在狭小复杂空间中容易受到外界环境干扰，导致软体机器人的稳定性较差，进而导致电子皮肤传感器的输出信号不准确和不稳定，故无法精准感知软体机器人的运动状态和环境温度。
3、因此，本专利技术提出一种增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器及制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器及制备方法。
2、本专利技术解决所述技术问题所采用如下的技术方案：
3、一种增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，包括电子皮肤基体；其特征在于，电子皮肤基体内设有绝缘管路，绝缘管路中填充有若干铁颗粒；对电子皮肤传感器施加外部磁场，铁颗粒在外部磁场的作用下吸附在绝缘管路内壁，实
4、上述电子皮肤传感器的制备包括以下步骤：
5、步骤一、将碳纳米导电材料与表面活性剂按照质量比1:1加入到去离子水中，碳纳米导电材料与去离子水的质量体积比为0.1:100g/ml，在室温下进行机械搅拌，然后再进行超声分散，得到碳纳米导电材料分散液；
6、步骤二、将2-3wt％可溶性盐加入到碳纳米导电材料分散液中，并在室温下进行磁力搅拌，直至可溶性盐完全溶解，得到碳纳米导电材料/可溶性盐混合分散液；
7、步骤三、将8-10wt％聚乙烯醇加入到碳纳米导电材料/可溶性盐混合分散液中，在60-80℃环境中先以转速200-220r/min进行磁力搅拌一段时间，再以转速500-550r/min继续搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，得到碳纳米导电材料/可溶性盐/聚乙烯醇混合溶液，并自然冷却至室温；
8、步骤四、将8-10wt％丙烯酰胺加入到碳纳米导电材料/可溶性盐/聚乙烯醇混合溶液中，在26-28℃环境中进行磁力搅拌，直至丙烯酰胺完全溶解，得到碳纳米导电材料/可溶性盐/聚乙烯醇/丙烯酰胺混合溶液；
9、向碳纳米导电材料/可溶性盐/聚乙烯醇/丙烯酰胺混合溶液中加入0.16-0.2wt％过硫酸铵和0.06-0.08wt％亚甲基双丙烯酰胺，再加入0.24-0.26wt％四甲基乙二胺，经过磁力搅拌后倒入预埋有绝缘管路的模具中，并在55-65℃环境中保温1.5-3h，完成水凝胶第一级网络的交联；
10、步骤五、将完成第一级网络交联的水凝胶经过多次冻融循环后，完成水凝胶第二级网络的交联，得到电子皮肤基体；
11、步骤六、将铁颗粒与填充油进行混合，经过机械搅拌混合均匀，得到共混物；利用注射器将共混物注入到电子皮肤基体内的绝缘管路中，直至共混物完全填充满绝缘管路；最后，在电子皮肤基体的两端粘贴电极，得到电子皮肤传感器；
12、上述各物质的重量百分比均是指各物质与电子皮肤基体总重量的重量百分比。
13、与现有技术相比，本专利技术的技术效果是：
14、1.本专利技术的电子皮肤传感器中设有绝缘管路，绝缘管路中填充有铁颗粒，铁颗粒在外部磁场的作用下能吸附在绝缘管路内壁上，实现电子皮肤传感器的变刚度，避免电子皮肤传感器因软体机器人不稳定而导致传感信号不稳定，提高了传感信号的准确性，增强了软体机器人的感知能力。具体来说，当软体机器人在狭小复杂空间中运动，电子皮肤传感器随着软体机器人一起变形，由于受到外界环境干扰软体机器人在变形结束后可能发生回弹、继续变形等现象，导致电子皮肤传感器的传感信号不准确，因此在变形结束时刻，施加外部磁场或改变外壁磁场强弱增加电子皮肤传感器的刚度，防止电子皮肤传感器继续变形，提高传感信号的稳定性和准确性，进而增强了软体机器人的感知能力。
15、2.将碳纳米导电材料/可溶性盐离子与水凝胶基体材料共混，制成可用于感知变形和温度的电子皮肤传感器。同时，电子皮肤传感器具有电子、离子协同导电功能，具有较高的灵敏度，电子皮肤传感器在承受较大机械变形时，碳纳米导电材料的导电路径会发生断裂从而使电子皮肤传感器失效，但由于可溶性盐离子的加入扩展了电子皮肤传感器的传感范围，从而弥补了单独使用碳纳米导电材料的缺陷，使电子皮肤传感器不仅具有高灵敏度还具有较宽的传感范围。碳纳米导电材料的温度敏感特性赋予了电子皮肤传感器感知温度的能力，水凝胶基体的柔性与可拉伸性赋予了其与软体机器人共形安装的能力。
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1.一种增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，包括电子皮肤基体；其特征在于，电子皮肤基体内设有绝缘管路，绝缘管路中填充有若干铁颗粒；对电子皮肤传感器施加外部磁场，铁颗粒在外部磁场的作用下吸附在绝缘管路内壁，实现电子皮肤传感器的变刚度。
2.根据权利要求1所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，所述电子皮肤传感器的制备包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，步骤六中，铁颗粒与填充油的体积比为1:2-1:3；填充油选用环烷油、石蜡油或芳烃油；铁颗粒的目数为200～600。
4.根据权利要求2所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，步骤一中，碳纳米导电材料选用碳纳米管、石墨烯或炭黑；表面活性剂选用十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或碱性木素；机械搅拌的转速为2500-3500r/min，时间为1.5-2.5h；超声分散的温度为8-12℃，时间为5-7h。
5.根据权利要求2所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，步骤二中，可溶
6.根据权利要求2所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，步骤四中，磁力搅拌的转速为500-550r/min。
7.根据权利要求2所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，步骤五中，一次冻融循环的过程为：完成第一级网络交联的水凝胶以-6--8℃/小时的速率冷却至26-28℃，再继续放入-26～-32℃环境中冷冻4-5h，然后在室温中解冻2-3h。
...【技术特征摘要】
1.一种增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，包括电子皮肤基体；其特征在于，电子皮肤基体内设有绝缘管路，绝缘管路中填充有若干铁颗粒；对电子皮肤传感器施加外部磁场，铁颗粒在外部磁场的作用下吸附在绝缘管路内壁，实现电子皮肤传感器的变刚度。
2.根据权利要求1所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，所述电子皮肤传感器的制备包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，步骤六中，铁颗粒与填充油的体积比为1:2-1:3；填充油选用环烷油、石蜡油或芳烃油；铁颗粒的目数为200～600。
4.根据权利要求2所述的增强机器人感知能力的变刚度电子皮肤传感器，其特征在于，步骤一中，碳纳米导电材料选用碳纳米管、石墨烯或炭黑；表面活性剂选用十二...
【专利技术属性】
技术研发人员：史学伟，阿拉木斯，刘浩文，廖汉升，安柯蓄，胡宁，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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